y acumulación de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región Cienc. Tecnol. Mar,Distribución 26 (2): 61-71, 2003

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DISTRIBUCIÓN Y ACUMULACIÓN DE PLOMO (Pb y 210Pb) EN SEDIMENTOS DE LOS FIORDOS DE LA XI REGIÓN. CHILE LEAD (Pb AND 210Pb) DISTRIBUTION AND ACCUMULATION IN SEDIMENTS OF XI REGION FIORDS. CHILE. MARCO A. SALAMANCA BIBIANA JARA Universidad de Concepción Departamento de Oceanografía Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas, Casilla 2407-10, Concepción Chile. E-mail: [email protected]

RESUMEN

El plomo forma parte de un grupo de elementos cuya abundancia tiene un origen natural y antropogénico. En los sedimentos marinos queda registrada la historia de los procesos que aportan estos elementos. La zona de fiordos y canales, al sur de la isla de Chiloé, presenta menor impacto antropogénico, permitiendo estudiar los procesos naturales que determinan la distribución de metales en sedimentos. Utilizando 210Pb, en este estudio se establece la sedimentación, geocronología y distribución de Pb, para incrementar el conocimiento del ciclo biogeoquímico de estos metales y establecer el carácter contaminante o no de ellos. Sedimentos de cinco estaciones del área de estudio fueron obtenidos con un saca testigos de gravedad en octubre de 1995, en la campaña del Proyecto Cimar Fiordos 1, a bordo del buque de investigación “Vidal Gormaz”. El 210Pb se cuantificó por espectroscopía alfa en el Laboratorio de Radioactividad Marina de la Universidad de Concepción. El contenido de plomo se determinó por ICP- Espectroscopía de Emisión en el Departamento de Geología de la Universidad de Chile. Los resultados permiten concluir que las concentraciones de Pb, en general, son comparables a las de la cor teza terrestre, indicando ausencia de apor tes antropogénicos en el área de estudio, no obstante en puer to Chacabuco se aprecia un apor te de Pb por sobre los niveles naturales, lo que de acuerdo a la geocronología de los sedimentos, estaría ocurriendo desde el año 1960. Los sedimentos donde el Pb es detectable tienen, según geocronología, entre 120 años (puerto Chacabuco) y 73 años (seno Aysén). Palabras claves: Plomo, radioisótopos, geocronología, sedimentos marinos, fiordos de Chile.

ABSTRACT

Lead belongs to a group of elements whose abundance have both natural and anthropogenic origin. On the other hand, it is known that marine sediments records the history of processes that supply these elements. The fiords and channel area, south of Chiloé Island, have lower anthropogenic impact, allowing to study the natural processes that determine the distribution of metals in sediments. In this study, was used 210 Pb to estimate the sedimentation rate, geochronology and Pb distribution to increase our knowledge of the biogeochemical cycles of these metals, to establish its actual pollutant behavior. Sediments from five stations of the study area were obtaining using a gravity corer in October 1995, during the Cimar Fiords I cruise, on board “Vidal Gormaz” research vessel. 210Pb was measured by alpha spectroscopy at the Marine Radiochemistry Laboratory in the University of Concpecion. The Pb content was measured by ICP-Emission Spectroscopy at the Geology Department, University of Chile. The results obtained allows to conclude that,

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in general, Pb concentrations are comparable to terrestrial crust values, suggesting no anthropogenic sources in the study area, however, in Puerto Chacabuco it is noticeable an enrichment of Pb over natural levels, which according to 210Pb sediment geochronology, would be happening since 1960. The sediments where Pb is detectable have ages between 120 years (Puerto Chacabuco) and 73 years (Seno Aysen). Key words: Lead, radionuclide, geochronology, marine sediments, fjords of Chile.

INTRODUCCIÓN Los sedimentos marinos son considerados como el reser vorio último de una gran cantidad de sustancias y elementos eliminados en cuerpos de aguas costeros, particularmente sustancias contaminantes como compuestos clorados y metales pesados. Sin embargo, los sedimentos no son un ambiente pasivo, ya que en él ocurren cambios físicos y químicos, que se traduce en que muchos de los elementos que llegan son reciclados y/o transformados, pudiendo alguno de ellos volver a la columna de agua (Suess, 1980; Olsen et al., 1982). Entre las sustancias que ingresan a los cuerpos de agua costeros, los metales pesados constituyen un grupo de elementos cuya abundancia en el ambiente marino ha sido muy estudiada, debido a su toxicidad y porque ellos se caracterizan por tener un origen natural y antropogénico (Chester & Murphy, 1990; Giordano et al., 1992; French, 1993). Si las condiciones geoquímicas de los sedimentos tienden a la formación de compuestos insolubles, estos reflejarán los flujos de entrada de los metales que están siendo aportados por diferentes vias y fuentes, ya sean de origen antropogénico o natural. Esto permite que quede registrada en los sedimentos la historia de los procesos que apor tan estas sustancias (Goldberg et al., 1977; Benninger et al., 1981). Sin embargo, procesos como la resuspensión o mezcla biogénica de los sedimentos pueden alterar los registros naturales, removilizando las sustancias que están presentes en él (Aller et al., 1980; Matisoff, 1982), perdiendo la información retenida por los sedimentos de un área en particular. Para evaluar los cambios en los aportes de metales, que ocurren en el tiempo en una zona de depositación dada, se puede utilizar un trazador que se asocie con las partículas que están sedimentando, y dependiendo de la escala de tiempo en que esto ocurra, se puede utilizar trazadores radioactivos naturales de la serie de los actinidos, que proporcionan diferentes radioisótopos con distintas vidas medias y compor taminento geoquímico lo que permite estimar los flujos a los sedimentos.

En una escala de 100 ~ 150 años, el radioisótopo más utilizado es el 210Pb de la serie del 238U, que tiene una vida media de 22,3 años y cuya principal fuente es el aporte atmosférico por decaimiento de su precursor, el gas inerte 222Rn. (Turekian et al., 1977, Benninger 1978; Salamanca 1993). El 222Rn en la atmosfera decae a 210Pb el cual es altamente reactivo y rápidamente se asocia a par tículas, volviendo a la superficie con las precipitaciones. Esto lo hace muy útil para estudiar los flujos de entrada y los procesos que determinan la distribución de los elementos partícula reactivos en los sedimentos, como los metales pesados, permitiendo además la estimación de las tasas de sedimentación y el cálculo de la edad de estratos específicos en la columna de sedimento, en un rango de tiempo equivalente a 5 ~ 7 veces su vida media, es decir los últimos 120 años, período que cubre el desarrollo industrial de muchas áreas urbanas. La zona de fiordos y canales situada al sur de la isla Grande de Chiloé corresponde a una zona muy poco habitada y, por lo tanto, con un efecto antropogénico prácticamente nulo, lo que representa una oportunidad valiosa para estudiar los procesos naturales que determinan la distribución de elementos partícula-reactivos en los sedimentos, especialmente la acción de glaciales y procesos post-depositacionales como resuspensión y remoción de elementos desde la columna de agua e incorporación al sedimento. En este estudio se utiliza el 210Pb como trazador de los procesos de sedimentación de material particulado (orgánico e inorgánico) para establecer la geocronología. Paralelamente se estudia, en estos sedimentos, la distribución de Pb por la gran utilidad que resulta el combinar técnicas radiométricas con estudios clásicos de abundancia y distribución de contaminantes (en este caso metales pesados) para obtener mayor información en los ciclos biogeoquímicos de estos últimos, lo que permite establecer el real carácter o no de contaminante de un metal pesado y su impacto en un área en particular.

MATERIALES Y MÉTODOS El área de estudio se ubica al sur del paralelo 45 y hasta la Laguna San Rafael. En esta zona se

Distribución y acumulación de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región

Fig. 1: Mapa de área de estudio, mostrando las localidades de muestreo. Fig. 1: Map of the study area, showing the sampling locations.

analizaron cinco testigos de sedimentos provenientes de puer to Chacabuco (Est. 82), seno Aysén (Est. 79), estero Quitralco (Est. 58), estero Cupquelán (Est. 56) y Laguna San Rafael (LSR) (Fig. 1). Los testigos fueron recolectados con un saca testigos de gravedad (“gravity core”) en octubre de 1995, durante la campaña del Proyecto Cimar Fiordos 1, coordinada por el Comité Oceanográfico Nacional de Chile (CONA), a bordo de buque de investigación “Vidal Gormaz”. Los sedimentos de los testigos fueron cortados en secciones de 2 y 3 cm de espesor. En cada

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una de ellas se determinó la densidad aparente (ρ), contenido de materia orgánica total (MOT), humedad (%) y 210Pb. Para ello, las secciones fueron secadas a 60 oC hasta peso constante. La humedad fue estimada de la diferencia de peso entre el sedimento húmedo y seco. La ρ se estimó de las dimensiones de cada sección y el peso del material seco. Para calcular la MOT, aproximadamente 5 g de sedimento seco se calcinaron en una mufla a 550 oC hasta peso constante. Entre 12 a 13 secciones por testigo, representativas de toda la columna de sedimento, se utilizaron para la determinación de 210Pb por espectroscopía alfa de su hija 210 Po (Flynn, 1966), en el Laboratorio de Radioactividad Marina del Departamento de Oceanografía de la Universidad de Concepción. En seis secciones de cada uno de estos testigos, cubriendo toda la longitud de la columna de sedimentos, se determinó el contenido de plomo por ICP- Espectroscopía de Emisión en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, Departamento de Geología. El error de los análisis radiométricos es inferior al 3%. Para el caso del plomo el error analítico, combinando precisión y exactitud, alcanza al 18%. La actividad de 210Pb se expresa como dpm g-1 y la concentración de Pb en ppm. El exceso de 210Pb se determinó desde el perfil de 210Pb, considerando aquella parte del perfil donde la actividad no cambia con la profundidad, lo que representa al 210Pb proveniente de su padre 226Ra, retenido en la estructura cristalina de los granos de sedimentos. RESULTADOS Características físicas del sedimento En general, los sedimentos de todos los testigos recolectados presentan marcadas diferencias en sus propiedades de masa entre los diferentes lugares muestreados y en la columna de sedimento. En la Tabla I se presenta el rango de los parámetros medidos en cada testigo. El contenido de agua en tres de las localidades presentan variaciones verticales superiores al 15% respecto al máximo valor encontrado (LSR, Est. 56 y Est. 82). En el estero Quitralco (Est. 58) y seno

Tabla I. Rango de propiedades de masa de los sedimentos de las localidades estudiadas. Table I. Mass properties range in the studied locations sediments. LOCALIDADES

Estación Densidad Aparente (g*cm-3)

Materia Orgánica Total (%)

Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Promedio

Contenido de Agua (%) Máximo Mínimo Promedio

Laguna San Rafael

LSR

1,49

1,10

1,32

2,6

2,2

2,4

32,9

28,0

30,8

Estero Cupquelán

56

1,08

0,19

0,86

5,0

3,6

4,4

89,7

40,1

47,1

Estero Quitralco

58

0,53

0,30

0,35

14,8

13,5

14,0

74,0

72,2

72,9

Seno Aysén

79

1,32

0,47

0,51

11,3

8,7

9,3

62,3

57,9

59,8

Puerto Chacabuco

82

0,63

0,40

0,56

12,7

9,3

10,7

68,9

49,6

60,2

64

Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 26 (2) - 2003

Aysén (Est. 79) las variaciones verticales del contenido de agua en cada testigo son menores alcanzado al 3 y 7%, respectivamente. Entre las localidades también existen claras diferencias, donde el testigo de la Laguna San Rafael presenta, en promedio, el menor contenido de agua (30,8%) y el mayor corresponde al Estero Quitralco (72,9%). Por otra parte, el contenido de materia orgánica total (MOT), al igual que el contenido de agua muestra, en tres de las cinco localidades estudiadas, variaciones verticales en cada testigo superiores al 23% (Est. 56, Est. 79 y Est. 82). En los dos testigo restantes las variaciones son del orden del 16%. El menor contenido promedio de MOT se presentó en LSR alcanzando a un 2,4% y el mayor en la Est. 58 con un 14% (estero Quitralco). Finalmente el contenido de material sólido por unidad de volumen, expresado como la densidad aparente (ρ), muestra un patrón concordante con el contenido de agua de los sedimentos. Así, la Est. 56 (estero Cupquelán) presenta una mayor variación vertical con un 82% seguido por la Est. 79 (seno Aysén) con un 64,4% y la Est. 58 (estero Quitralco) con un 43% de variación. Los sedimentos de la LSR y puer to Chacabuco (Est. 82) presentan los menores rangos de variación vertical de la densidad aparente (~ 26,2 y 36,5%, respectivamente). En promedio, es el estero Quitralco quién presenta el menor valor de densidad aparente, con 0,35 g cm-3 y el

mayor se da en LSR con 1,32 g cm-3. El seno Aysén y puerto Chacabuco presentan valores promedios practicamente iguales (0,51 y 0,56 g cm-3, respectivamente). Radioisótopos Aunque la distribución vertical de 210Pb muestra una disminución exponencial con la profundidad, de acuerdo a su condición de elemento radioactivo, se pueden apreciar dos patrones de distribución vertical en los testigos estudiados. Un grupo formado por los sedimentos de laguna San Rafael (LSR), estero Cupquelán (Est. 56) y estero Quitralco (Est. 58), los que muestran mezcla super ficial para luego disminuir con la profundidad. En estos testigos hay un horizonte que presenta un nivel de actividad subsuper ficial alto, aproximadamente a los 30 cm. El otro grupo lo constituyen los testigos de Aysén y Chacabuco donde se nota una disminución superficial para luego aumentar hacia los 5 cm desde donde el 210 Pb disminuye exponencialmente (Fig. 2). En la Tabla II se presentan los rangos y promedios del contenido de 210Pb en los sedimentos analizados. En ella se puede apreciar que la actividad específica de este radioisótopo natural presenta el mayor rango, con actividades específicas que variaron entre 6,01 y 2,59 dpm g-1. Las menores actividades se presentaron en el estero Cupquelán

Fig. 2: Distribución vertical de 210Pb en los sedimentos de las localidades estudiadas. Fig. 2: Vertical distribution of 210Pb in the sediments of studied locations.

Distribución y acumulación de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región

65

Fig. 3: Distribución vertical de Pb en los sedimentos de las localidades estudiadas. Fig. 3: Vertical distribution of Pb in the sediments of studied locations.

con 3,28 dpm g-1 como actividad máxima y 1,54 dpm g-1 como actividad mínima. No obstante el seno Aysén presentó el valor mínimo absoluto de actividad específica con 1,09 dpm g-1. Plomo (Pb) El Pb en los sedimentos estudiados muestra, en general, una tendencia a la homogeneidad en su distribución ver tical, excepto en puer to Chacabuco, donde se aprecia claramente un aumento de la concentración en los primeros 20 cm de la columna de sedimentos, para luego disminuir con la profundidad (Fig. 3). En la Tabla II se entrega la estadística básica de la distribución ver tical de plomo, donde se muestra que, en general, las menores concentraciones se encuentran en la LSR y las mayores en puerto Chacabuco,

con un rango de concentraciones de 11 a 6 ppm y 43 a 22 ppm, respectivamente. En tres de las cinco localidades estudiadas (LSR, Est. 56 y Est. 82) la distribución vertical de Pb varía entre un 50 y un 45%, en las otras dos localidades (Est. 58 y Est. 79) es del 15%. DISCUSIÓN Propiedades físicas de sedimentos El análisis de la propiedades de masa de los sedimentos de los diferentes testigos estudiados muestra diferencias significativas entre las distintas localidades, las que reflejan las diferencias entre los procesos de sedimentación que ocurren en cada zona. Esto tiene relación con las fuentes de los sedimentos que están llegando a las cuen-

Tabla II. Rango de actividad de 210Pb y concentración de Pb en los sedimentos de las localidades estudiadas. Table II. 210Pb activity and Pb concentration range in sediments of studied locations.

LOCALIDADES

Estación

210

Pb (dpm*g-1) Pb (mg*g-1) Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Promedio

Laguna San Rafael

LSR

3,50

2,22

2,87

11

6

7

Estero Cupquelán

56

3,28

1,54

2,22

Estero Quitralco

58

6,01

2,59

4,49

12

6

10

13

11

12

Seno Aysén

79

3,91

1,09

Puerto Chacabuco

82

4,39

1,50

2,14

19

16

18

2,42

43

22

32

66

Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 26 (2) - 2003

Tabla III. Promedios de propiedades de masa de los sedimentos en las localidades estudiados. Table III. Averange values of mass properties of sediments in the studied locations.

Estación

ρ(promedio) (g*cm-3)

MIT (%)

MOT (%)

I (g*cm-2)

Laguna San Rafael Estero Cupquelán

LSR 56

1,32 0,86

97,6 95,6

2,4 4,4

3,3 2,1

Estero Quitralco Seno Aysén

58 79

0,35 0,51

86,0 90,7

14,0 9,3

0,9 1,3

Puerto Chacabuco

82

0,56

89,3

10,7

1,3

LOCALIDADES

ρ : Densidad Aparente; MIT: Materia Inorgánica Total; MOT: Materia Orgánica Total; I: Inventario. ρ : Bulk density; MIT: Total Inorganic Matter; MOT: Total Organic Matter; I: Inventaries.

cas. En la Tabla III se presentan los promedios de la propiedades de masa evaluados, donde se aprecia claramente que el material inorgánico constituye sobre el 85% del material que se está acumulando, en cambio el material orgánico es inferior al 14%, representando en promedio el 5%, con un rango entre un 2,4 y un 14%. Si se gráfica la masa acumulada versus la profundidad (Fig. 4), se puede apreciar las diferencias en las pendientes (S) entre las localidades y entre el MIT y la MOT. Toda esta información sugiere, por una par te, que la fracción inorgánica y orgánica tienen fuentes diferentes, y por otra, que se están acumulando independientemente. La linealidad de la acumulación del material que está sedimentando sugiere que los flujos se han mantenido constantes a través del proceso de sedimentación.

Las diferencias entre los promedios de la densidad aparente en las localidades estudiadas, que se puede apreciar de las pendientes de la acumulación de masa versus la profundidad en la Fig. 4, son un claro reflejo de los distintos aportes de material sólido que llega a las cuencas de depositación, lo que determina una marcada separación entre las estaciones ubicadas al sur del área de estudio, i.e., LSR y Est. 56, quienes presentan los mayores contenidos de material inorgánico (1,32 y 0,86 g cm-3), respecto a las Estaciones 58, 79 y 82 con valores promedio de ( entre 0,4 y 0,5 g cm-3. Esto explica los menores inventarios de material presente en estas estaciones. Esto implica además que los sedimentos de los testigos de LSR y Est. 56 tiene un tamaño de grano mayor que los del lado norte, y por lo tanto tienen menor capacidad de retención de agua. No así en los de las otras

Seno Aysén

Fig. 4: Acumulación de masa en los sedimentos de las localidades estudiadas. Fig. 4: Mass acumulation in the sediments of studied locations.

Distribución y acumulación de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región

tres estaciones que tienen sedimentos más finos (Tabla III). Cuando se grafica la acumulación de material con respecto a la profundidad (Fig. 4) separando la fracción orgánica e inorgánicas, se puede observar claramente que el material que se está acumulando es escencialmente inorgánico, lo cual es consistente con sistemas glaciales, siendo más notorio en los sedimentos de la LSR y estero Cupquelán. Hacia el norte los aportes de material orgánico aumentan. Las pendientes de ambas curvas (orgánico v/s inorgánico) son diferentes, indicando que ambas fracciones están acumulando a diferentes tasas y por mecanismos diferentes, probablemente como resultado de procesos de erosión locales. En general, la acumulación en la zona de estudio han permanecido constantes, excepto en Cupquelán donde se nota un aumento de la sedimentación a partir de los 5 cm (cambio en la pendiente). Distribución de

210

Pb

En general todos los testigos analizados mostraron una disminución de la actividad con la profundi-

67

dad hasta un nivel que varió entre los 20 y 30 cm, según la localidad (Fig. 2). Desde esta zona y hacia abajo la actividad se mantuvo constante dentro del error de la medición. Esto permitió calcular el exceso de 210Pb por sobre el mantenido por su padre 226Ra para cada testigo. Este patrón general fue variable ya que por ejemplo en los sedimentos de LSR, estero Cupquelán y estero Quitralco, hay una disminución irregular con la profundidad, lo cual puede ser producto de procesos post depositacionales, principalmente resuspensión y/o eventos de depositación rápida junto con decaimiento radioactivo. En cambio en el seno Aysén (Est. 79) y en puerto Chacabuco se aprecia una disminución exponencial del 210Pb más regular con la profundidad hasta los 20 cm aproximadamente, para luego hacerse uniforme, lo cual indica un predominio de los procesos de acumulación y decaimiento radioactivo, sin un efecto importante de removilización física o química postdepositacional, lo que permite que los sedimentos de estas dos estaciones pueden ser utilizados para estimar la geocronología de ellos, particularmente los de puerto Chacabuco. Cuando se compara el exceso de actividad específica de 210Pb presente en los sedimentos

Tabla IV. Comparación de inventarios, flujos de 210Pbxs y tasas de acumulación en el área de estudio con otras zonas del hemisferio sur Table IV. Comparison of 210Pbxs inventaries and fluxes, and accumulation rates between the study area and other southern hemisphere zones ZONA

Inventario

Flujo

(dpm*cm-2)

(dpm*cm-2 *año-1)

Interior(1)

9,7

0,3

Entrada(1)

20,5

0,6

Plataforma(1)

86,6

Talud(1)231,4

Sed. / Atm.(4)

Sedimentación

Profundidad

(cm*año-1)

(m)

0,8

0,12

15

1,5

0,13

45

2,7

6,8

0,20

200

7,2

18,0

0,13

2000

Laguna San Rafael(2)

32,4

1,0

2,5

0,25

90

Estero Cupquelán(2)

12,9

0,4

1,0

0,14

175

Estero Quitralco(2)

96,6

3,0

7,5

0,47

275

Seno Aysén(2)

9,5

0,3

0,8

0,19

220

Puer to Chacabuco(2)

23,0

0,7

1,8

0,19

86

500-2000

TEMPLADA Bahía Concepción

SUBANTÁRTICA

ANTÁRTICA Estrecho Bransfield(3)

247

7,7

19,3

0,27

Estrecho De Gerlache(3)

216

6,7

16,8

0,15

300-800

70

2,2

5,5

0,51

200-1300

Bahía Margarita(3) (1) Salamanca (1993) (2) Presente Trabajo (2) This work

(3) Harden et al. (1992) (4) Salamanca (1988)

68

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superficiales entre las diferentes localidades, que esencialmente están reflejando los aportes recientes de este isótopo (Harden et al., 1992), implicando con ello la determinación de la actividad, muestran una alta correlación con la profundidad de cada área, excepto en el caso de puer to Chacabuco. Esta relación se puede interpretar, en sentido vertical, como que los procesos están dominados por un eficiente mecanismo de remoción de 210Pb asociado a las partículas que están sedimentando desde la columna de agua hacia los sedimentos superficiales, generando el exceso de 210 Pb por sobre el mantenido por el padre. Una explicación alternativa puede estar dada por los efectos de mecanismos de resuspensión y aporte de material fino debido de la erosión lateral de los glaciales, los que aumentarían la remoción de este radionúclido desde la columna de agua, de tal forma que una partícula pasaría varios ciclos de depositación-resuspensión antes que se deposite definitivamente en los sedimentos, generando este exceso superficial. En el caso de puerto Chacabuco, los sedimentos tienen un alto contenido de 210Pb en superficie y menor en profundidad. Esto se puede deber a aportes locales y a los altos contenidos de MOT que están indicando la presencia de mayor cantidad de material fino con respecto a los otros lugares, lo que aumentaría la remoción de 210Pb desde la columna de agua. Inventarios de exceso de 210Pb Los inventarios de exceso de 210Pb (definido como el 210Pb por sobre el mantenido por el 226Ra) varían entre 9,5 dpm cm-2 en el seno Aysén y 96,6 dpm cm-2 en el estero Quitralco, los que son sustentados por un flujo entre 0,3 y 3,0 dpm cm-2 año-1 (Tabla IV). Estos inventarios son comparables a los encontrados en zonas templadas como Bahía Concepción y son inferiores a los de la zona antártica. En general el aporte atmosférico de 210 Pb en el costado este del Océano Pacífico es bajo (0,2 dpm cm-2, Turekian et al., 1977) alcanzando a 0,4 dpm cm-2 año-1 para la región de Concepción (Salamanca, 1993). Esto se debe a que no hay fuentes de 222Rn que podrían aportarlo, por lo tanto los inventarios encontrados en los sedimentos estudiados serán función de la producción radiogénica, aportes atmosféricos y transporte advectivo desde otras áreas. El aporte a partir de la producción de su precursor 226Ra en el agua es bajo debido a la poca profundidad de las áreas de estudio. Si consideramos que el valor de 226Ra en el agua frente a Concepción es de 0,1 dpm L-1 (Salamanca, 1996) y para la península Antártica es de 0,2 dpm L-1

(Harden et al., 1992), un valor estimado para la zona de estudio puede ser de 0,15 dpm L-1, lo cual generaría un inventario máximo de 4,13 dpm cm-2 (estero Quitralco) que representa el mayor inventario, este debería generar un flujo máximo a los sedimentos de 0,12 dpm cm-2 año-1, lo que representa apenas un 4% del flujo total máximo en este estero. Por lo tanto, este flujo sumado al 0,4 dpm cm-2 año-1 proporcionado por la atmósfera, representaría un 17% del flujo total en el estero Quitralco. La diferencia debe provenir del aporte advectivo lateral. Una aplicación de estos valores es la estimación de la cantidad necesaria de agua que debe ser advectada anualmente para sustentar los inventarios medidos, i.e., I = Aatm + P(in situ) + Adv, donde, I es el inventario; Aatm es el aporte atmosférico; P (in situ) es la producción in situ y Adv es la advección. Esta estimación se puede realizar en la laguna San Rafael, ya que su volumen y área aproximada se pueden estimar a partir de la información de Manley et al. (1996). Así el área aproximada de la laguna San Rafael alcanza a 176 km 2 y asumiendo una profundidad media de 100 m el volumen aproximado es de 17,6 km3. Si el inventario medido alcanza a 32,4 dpm cm-2 (Tabla IV) el cual es sustentado por un flujo de 1 dpm cm-2 año-1 y el apor te atmosférico y la producción radiogénica aportan en conjunto el 45% de ese flujo, entonces es necesario un flujo de agua de 6,5 x 1012 L año-1 para sustentar el flujo medido. Con esta información se puede estimar un tiempo de residencia para el agua en la laguna San Rafael de aproximadamente 2,7 años. Este valor es comparable con el tiempo de residencia que se puede obtener de la descarga de agua desde el glacial, equivalente a 19 x 107 m3 día-1 (Reed, 1988), lo que dá un tiempo de residencia de 3 meses. Este valor representa el límite superior, ya que es un máximo de descarga y establece un orden de magnitud del tiempo de residencia. Geocronología de los Sedimentos del Área de Estudio El flujo de 210Pb desde la atmósfera y columna de agua hacia los sedimentos y su posterior enterramiento y decaimiento radioactivo puede ser usado para estimar la edad de los estratos (i.e., relaciones edad-profundidad), bajo condiciones adecuadas, lo que a su vez permite calcular las tasas de acumulación una vez establecida la geocronología de los sedimentos.

Distribución y acumulación de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región

69

Tabla V. Geocronología de los sedimentos basados en distribución de 210Pb en el área de estudio. Table V. Sediment geochrnology based on 210Pb distribution in the study area.

La edad de las diferentes secciones de los testigos fue establecida utilizando el método de flujo constante (Appleby & Oldfield 1972; Robbins, 1978; McCaffrey & Thomson 1980). De acuerdo a este modelo, la edad a cualquier profundidad bajo super ficie, se puede calcular a partir de:

exceso de 210Pb en seno Aysén. La acumulación es más estable en el puerto Chacabuco, no notándose cambios marcados en la acumulación, excepto la producida por la compactación. La edad calculada de los sedimentos varía entre 83 y 106 años en los esteros Cupquelán y Quitralco, respectivamente, y 102 años en LSR.

tx = - t210 ln Qx/Qo Distribución de Plomo donde: t210 es la vida media radioactiva del 210Pb (32,1 años); Qo inventario de exceso acumulado y Qx es el exceso de Pb bajo la profudidad x. En la Tabla V se presenta la geocronología para los diferentes testigos, entregando las tasas de sedimentación y las tasas de acumulación de material. Para las estaciones ubicadas en la zona norte del área de estudio, la edad de los sedimentos varia entre 73 a 120 años para seno Aysén y puerto Chacabuco, respectivamente, mostrando ambos tasas de sedimentación equivalentes para el período estudiado (∼0,19 cm año-1). La diferencia de edad se debe a la menor profundidad en que se detecta el

El Pb es un metal que reconocidamente tiene un aporte antropogénico, cuya magnitud ha alcanzado niveles globales, siendo su principal fuente la atmósfera (Erel et al., 1982; Flegal et al., 1987). La distribución de Pb en los sedimentos de la zona estudiada, en general muestra una tendencia a la homogenización con la profundidad (Fig. 3) con valores que varían entre 11 y 15 ppm. Estos valores pueden ser considerados naturales, ya que son comparables a los de la corteza terrestre. Cuando se normaliza al contenido de aluminio (Tabla VI) se aprecia claramente que exis-

Tabla VI. Concentraciones promedio de Pb y Al en los sedimentos de las localidades estudiadas. Table VI. Averange Pb and Al concentrations in the studied locations sediments.

LOCALIDAD

Estación

Pb

Al x 104

Pb/Al(1)

(Pb/Al)m /(Pb/Al)c

Laguna San Rafael

LSR

(ppm) 7,0 + 2,0

(ppm) 8,3 + 0,1

(x10-4) 0,84 + 0,24

0,60 + 0,2

Estero Cupquelán Estero Quitralco

56 58

10 + 2,1 11,8 + 0,4

8,3 + 0,1 6,2 + 0,2

1,24 + 0,25 1,9 + 0,10

0,83 + 0,2 1,27 + 0,1

Seno Aysén Puerto Chacabuco

79 82

17,7 + 1,5 31,5 + 9,9

7,4 + 0,3 7,5 + 0,1

2,4 + 0,23 4,2 + 1,3

1,6 + 0,2(2) 2,8 + 0,9(2)

(1): Razón Pb/Al en la corteza terrestre es de 1.49x10-4 (Manaham, 1994). (2): Indica valores anómalos con respecto a los encontrados en la corteza. (1): Terrestrial crust Pb/Al ratio is 1.49x10-4 (Manaham, 1994). (2): Shows anomalous values relative to those found in the crust.

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Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 26 (2) - 2003

Seno Aysén

Fig. 5: Distribución vertical de Pb respecto al tiempo en los sedimentos de las localidades estudiadas. Fig. 5: Vertical distribution of Pb as a function of time in the sediments of studied locations.

te un aumento de esta razón en dirección norte, con valores superiores a los de la corteza en seno Aysén y puerto Chacabuco. Así la razón Pb/Al en las muestras y Pb/Al en la corteza, indica claramente que en Aysén el contenido de Pb es de alrededor de un 60% superior al natural y en puerto Chacabuco es alrededor de un 180%. Esto puede indicar que en esta zona existe, probablemente, una fuente adicional de Pb no natural. El comienzo del aporte sobre los niveles naturales (considerando el error de las medidas) sería notorio a partir de los 12 cm de profundidad, que según la geocronología de estos sedimentos corresponde al año 1960 (Fig. 5). CONCLUSIONES 1. La distribución vertical de 210Pb en los sedimentos del área de estudio, está dominada por procesos de acumulación y decaimiento radioactivo y posterior modificación por procesos post depositacionales como resuspensión y encajonamiento de sedimento. 2. Los inventarios de exceso de 210Pb se pueden explicar por aportes atmosféricos, producción radiogénica y aportes advectivos, siendo este último comparables o superior a las dos primeras combinadas. 3. El flujo de agua necesario para sustentar los inventarios presentes en los sedimentos en laguna San Rafael es de 6,5 x 1012 L año-1. Con esta información se estimó un tiempo de residencia de las aguas de la laguna de 2,7 años, el cual es comparable a los 3 meses que se obtienen, utilizando la descarga de agua des-

de el glacial, que representa un límite superior, implicando que el tiempo de residencia puede ser mayor. 4. La geocronología de los sedimentos muestra que, dependiendo del área, los sedimentos se acumulan de acuerdo a una tasa relativamente constante, que disminuye con la profundidad de acuerdo a la compactación. 5. Los sedimentos más antiguos en el rango de aplicación del 210Pb tienen 120 años y corresponden a los de puerto Chacabuco y los menores poseen 73 años (seno Aysén). 6. La fracción inorgánica se acumula a una tasa mayor que la orgánica, lo cual es producido por efecto de los mecanismos de erosión glacial que caraterizan la zona. 7. Las concentraciones de Pb en general son comparables con los de la cor teza terrestre, indicando ausencia de apor tes antropogénicos en esta área, no obstante, en puer to Chacabuco se aprecia un aporte por sobre los niveles naturales, casi dos veces el nivel natural, lo que de acuerdo a la geocronología de los sedimentos, estaría ocurriendo aproximadamente desde el año 1960. REFERENCIAS • Aller, R., L. Benninger, & K. Cochran. 1980. Tracking par ticle-associated processes in nearshore environments by using 234Th/ 238U disequilibrium. Ear th Planet. Sci. Lett. 47: 161-175.

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